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V Congreso Internacional de Ingeniería Civil, Universidad Santo Tomás Seccional Tunja

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CONTROL DEL RIESGO Y PREVENCIÓN DE

AMENAZAS EN PUENTES EN COLOMBIA.

Corredor Castellanos, Carlos Andrés. [email protected]

(Recibido: 25 de Junio de 2014; Aprobado: 04 de Julio de 2014)

Resumen—En el desarrollo del proceso de investigación se evidencia que los fenómenos ambientales son uno de los principales agentes de afectación a la infraestructura vial del país, y teniendo en cuenta los eventos ocurridos a partir del fenómeno de la niña y en especial la denominada ola invernal que tuvieron una gran repercusión a nivel socioeconómico, es necesario identificar que causa la falla de estas estructuras y cuales medidas se pueden implementar a nivel local para el control del riesgo y prevención de las amenazas que se pueden presentar en los puentes existentes, también se plantean criterios que se requieren para el buen desarrollo de un proyecto de ingeniería y en el caso particular para el diseño y construcción de puentes.

Dentro de las medidas para la prevención de amenazas generadas por el colapso de puentes se tiene como alternativa la construcción de puentes de emergencia semipermanentes, por lo cual se hace una descripción detallada de las características más importantes de estas estructuras y en especial del modelo Bailey como son: el objetivo de la implementación de esta estructura, las ventajas que presenta y las características de los componentes que lo conforman.

Palabras clave— riesgo, amenaza, prevención, Infraestructura vial, Puentes semipermanente.

Abstract— In the develop of research process, is evident that the enviromental phenomena are one of the main agents of involvement in road infrastructure in the country, and given the events occurred from the "La Niña" phenomenon and specialy the called rainy season that had a great impact on socio economic level, it is necessary to identify what causes the failure of these structures and what measures can be implemented at the local level for risk control and prevention of hazards that may show up in existing bridges, also criteria required is being raised for the proper development of an engineering project and in the particular case for the design and construction of bridges. Among the measures for threats prevention, generated by collapsing bridges, is being taken as an alternative the building of semipermanent emergency bridges, so a detailed description has been done with the most important features of this type of bridges, especially the "Bailey" model , such as the implementation objectives and the advantages of the structure and the characteristics of the components of this type of bridges. Key Words: risk, threa,t prevention, Road Infrastructure, semi-permanent bridges.

I. INTRODUCCIÓN

La conservación de las estructuras que hacen parte de la red vial nacional es una

necesidad inminente y a la cual no se le ha dado la importancia suficiente que permita

implementar adecuados procesos o metodologías de mantenimiento y conservación

para proporcionar durante el periodo de servicio las funciones principales de una

estructura como son la seguridad, estética y economía.

Una parte importante dentro de proceso de investigación es mostrar algunas medidas

para prevenir y prever las posibles amenazas que puedan afectar los puentes de la red

vial del país para así ofrecer alternativas de solución viables dirigidas hacia la

conservación y funcionalidad de este tipo de estructuras.


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Después de analizar las diferentes alternativas de protección de puentes es necesario

identificar medidas de solución para estructuras afectadas por agentes ambientales y/o

antrópicos, por tal motivo, se presenta una descripción de la tipología de puentes y se

hace énfasis en los puentes semipermanentes de emergencia tipo Bailey como una

solución inmediata para ofrecer movilidad en los casos donde se presente una

afectación importante a la infraestructura. Dicha caracterización muestra la importancia

de los puentes Bailey como solución y describe los componentes que lo conforman y

las posibles configuraciones que se pueden lograr para salvar vario tipos de luces.

II. GESTIÓN DE RIESGO EN PUENTES

La gestión del riesgo es muy importante ya que es necesario buscar medidas para

controlar el riesgo y prever las amenazas que puedan afectar la infraestructura vial del

país, para poder cumplir con este objetivo se deben tener en cuenta cuatro factores:

A. Proteger y mantener en cauce del río

Las medidas de protección se usan para controlar, demorar, minimizar o monitorear

problemas de estabilidad de cauces y puentes. La solución al problema de socavación

de un puente debe iniciarse con el estudio de las causas que lo originan, incluyendo

aspectos desestabilizantes desde el punto de vista topográfico, hidrológico, hidráulico,

estructural y de suelos.

B. Realizar diseños adecuados

Según Hibbeler R.C., 1997, el proceso de crear una estructura requiere análisis y

diseño para posteriormente volverla realidad mediante la construcción; por lo cual es de

vital importancia que los diseños y el análisis que se hagan. Dentro de las etapas de

creación de una estructura se tiene:

1) Planeación

Según el tipo de proyecto de infraestructura se debe cumplir una función específica

de uso, la selección del conjunto estructural debe brindar seguridad, estética y

economía. Después de seleccionar el modelo se especifican las cargas, materiales,

disposición de los miembros y sus dimensiones.

2) Análisis

Se deben realizar una serie de idealizaciones de cómo esta soportada la estructura y

como se conectan los miembros y conociendo las condiciones de carga se aplican los

conceptos de la mecánica estructural para definir su comportamiento.

3) Diseño

Una vez obtenidas las cargas internas de cada miembro, el tamaño de este puede

determinarse de manera que satisfaga los criterios de resistencia, estabilidad y


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deflexión de acuerdo a las normas y códigos vigentes.

Teniendo en cuenta que los factores expuestos son el fundamento para el desarrollo

técnico adecuado para una estructura, es necesario resaltar la importancia de los

diseños en el desarrollo de cualquier proyecto de infraestructura y en el caso específico

de este documento el diseño y construcción de puentes.

C. Usar materiales adecuados y de calidad

Otro factor de importancia para el éxito de una obra es el uso de materiales de alta

calidad y su buen almacenamiento y manipulación durante los procesos constructivos,

ya que si estos no cumplen con los criterios establecidos en los diseños, la estructura

tenderá a sufrid deterioros o daños en un periodo menor de tiempo al que se había

proyectado en la etapa de diseño.

D. Realizar un mantenimiento adecuado a la estructura

Según el ministerio de transporte, las actividades y acciones de mantenimiento que

se llevan a cabo en un puente, tienen como objetivo principal preservar en buen estado

los elementos que lo componen, controlar los daños y en lo posible conservar las

condiciones iníciales de construcción.

III PLANIFICACIÓN DE PUENTES

La planificación ofrece los criterios necesarios para el adecuado desarrollo de

proyectos desde el diseño hasta la construcción. Para tener éxito al momento de

proyectar un puente es necesario tener en cuenta los siguientes criterios:

A. Ordenamiento territorial

Hace referencia a la identificación de los factores de amenaza según la ubicación

del proyecto estructural.

B. Realizar estudios topográficos

Caracterización por medio de un levantamiento topográfico muy detallado que

permita definir claramente las características del relieve y las posibles alternativas de

localización del proyecto.

C. Realizar un estudio de aguas

Determinar el comportamiento hidráulico de los ríos.

D. Estudios geotécnicos

Debe ser muy detallado ya que es importante para definir el tipo de cimentación para

la estructura.


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E. Estudio de sismos

Importante debido a la ubicación de Colombia depende de los índices de sismicidad

de cada región.

F. Análisis de riesgo al que está expuesta la obra

Plantear alternativas de acuerdo a los demás criterios expuestos y así evitar posibles

daños o afectaciones a la estructura.

IV PUENTES BAILEY

El puente Bailey es empleado en el caso de tener una estructura dañada a causa de

fenómenos naturales o antrópicos. Una característica de los puentes de emergencia es

que deben ser de fácil transporte y ensamble para poder restablecer el tráfico en el

menor tiempo posible

De acuerdo a la tipología de puentes el puente Bailey se puede definir como un

puente metálico temporal y es el puente de emergencia más común empleado en

Colombia.

A. Objetivo del puentes tipo Bailey

El sistema Bailey es modular, y se emplea principalmente para la construcción de

puentes de emergencia, inicialmente el objetivo era mantener la transitabilidad de las

carreteras para aspectos militares, pero con el paso del tiempo, se ha utilizado como

una obra civil empleada como solución en casos presentarse afectación en la

infraestructura vial a causa del colapso parcial o total de las estructuras existentes.

B. Ventajas

Dentro de las ventajas más importantes que se pueden apreciar en éste modelo

estructural se tiene:

Fabricación sencilla: Por el material utilizado para su fabricación (acero estructural) y

que todas sus piezas son estándar lo que permite una fabricación en serie.

Piezas estándar: Lo que permite un fácil reemplazo de elementos que conforman el

puente en el caso de ser necesario, además el puente Bailey tiene la ventaja de ser

compatible con otros modelos de puentes temporales como es el caso del puente tipo

Mabey.

Puente versátil y movible: Caracterizado por ser una estructura liviana que permite

que se manipule de forma rápida ya sea con equipos de carga o con la mano de obra

dispuesta para su instalación.

Fácil instalación: El puente Bailey requiere muy poco tiempo para la construcción y


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puesta en servicio comparado con los puentes permanentes.

Cubre varias luces: el puente tipo Bailey es capaz de cubrir luces desde 3 metros

hasta 60 metros.

C. Configuración estructural

La armadura del puente tipo Bailey puede ser de un nivel, dos niveles y tres niveles y

la armadura de los paneles puede ser simple, doble o triple

Para el caso de análisis en el proyecto de investigación se trabajará una

configuración que corresponde a una sola fila de paneles a lo largo de cada lado que

configuran la viga maestra, a este tipo de configuración se le denomina SIMPLE-

SIMPLE, al cual en diferentes fuentes se le da una abreviatura SS.

El puente Bailey puede presentar varias configuraciones adicionales de acuerdo a la

disposición de los diferentes componentes, estas configuraciones se presentan en la

siguiente figura.

TABLA 7

TIPOS DE CONFIGURACIÓN DE PUENTES BAILEY

FUENTE: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de

puentes metálicos modulares en El Salvador.

D. Caracterización de componentes de puentes tipo Bailey

Según la escuela de ingenieros militares, 1997, a continuación se describen las

características de cada uno de los componentes requeridos para la configuración de

puente tipo Bailey simple - simple.


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1) Panel Bailey

Armazón soldada que comprende dos cordones (superior e inferior) unidos por

montantes verticales y diagonales. Se fabrican de acero especial de alta resistencia. En

un extremo del panel ambos cordones terminan en un muñón perforado y en el otro

extremo en dos orejas perforadas. Los paneles se ensamblan unos con otros por los

extremos mediante el acoplamiento de los muñones, insertando los pasadores del

panel a través de los agujeros correspondientes. (Ver ¡Error! No se encuentra el

origen de la referencia.).

Dimensiones y peso: El panel Bailey tiene las siguientes dimensiones: 10 pies (3,0

metros) de largo, 5 pies 1 pulgadas (1,5 metros) de altura, y 6 1/2 pulgadas (16,5

centímetros) de ancho. El peso del panel Bailey es de 577 libras (262 kilogramos).

FIGURA 1 PANEL BAILEY

FUENTE: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de

puentes metálicos modulares en El Salvador

2) Travesaño

Es una viga de acero especial de alta resistencia que forma las vigas transversales

del puente, su función es soportar el tablero, posee agujeros en la parte inferior para

acoplar el travesaño con el panel y en la parte superior tiene una oreja que sirve para

fijar los apoyos del tablero.

Dimensiones y peso: El travesaño es tiene como sección transversal un perfil I de

25.4 centímetros (10 pulgadas) de alto por 5.486 metros (18 pies) de longitud su peso

es de 280 kilogramos (618 libras).


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FIGURA 2 TRAVESAÑO

Fuente: AUTOR DEL PROYECTO.

3) Pasador del panel

Elaborado con una aleación de acero tratado al caliente, el extremo del pasador está

ligeramente conificado para facilitar su instalación, al extremo lleva un agujero para

colocar el seguro del pasador del panel.

Dimensiones y peso: El pasador del panel es de 21.1 centímetros (8 5/16 pulgadas)

de longitud y 4.8 centímetros (1 7/8 pulgada) de diámetro. Pesa 2.7 kilogramos (6

libras).

FIGURA 3 PASADOR DEL PANEL Y SEGURO DEL PASADOR


4) Seguro del pasador del panel

En la cabeza del pasador del panel hay una ranura paralela al agujero para el

pasador del bulón, para que al insertar este, se tome la precaución de que esta ranura


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se mantenga paralela al cordón del panel. De otra manera se tendría dificultad para

introducir el pasador del bulón.

5) Puntal o tornapunta

Es un perfil de acero especial de alta resistencia con una espiga cónica en cada

extremo. Se conecta entre una cartela situada en la parte superior del travesero y el

agujero de la parte superior interna del montante de panel, representa el principal

elemento de estabilización del puente manteniendo a plomo y escuadra las vigas

maestras. Se asegura con dos Pernos de Arriostramiento.

Dimensiones y peso: Perfil I de longitud de 1,066 m (3'-5 15/16") altura 7.6

centímetros (3 pulgadas) de alto y pesa 10,0 kilogramos (22 libras).

FIGURA 4 PERFIL I DE PUNTAL O TORNAPUNTA


6) Perno de arriostramiento

Es de acero dulce, y se suministra con tuerca y arandela. Otra arandela, de forma

especial, acoplada debajo de la cabeza, impide que el perno gire mientras se está

ajustando la tuerca. Se emplea para los propósitos de asegurar las piezas siguientes:

El puntal al panel y al travesaño, El bastidor de arriostramiento al panel, La placa de

unión al panel.

Dimensiones y peso: Tiene un diámetro de 1.9 centímetros (3/4 de pulgada) y 8.9


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centímetros de longitud (3 ½ pulgadas), tiene un peso de 0.5 kilogramos (1 libra).

FIGURA 5 PERNO DE ARRIOSTRAMIENTO

Fuente: Manual 5-277 Bailey Bridge.

7) Varilla tensora o diagonal de arriostramiento

Una articulación permite que la diagonal de arriostramiento se pueda doblar para el

transporte y en el más corto de los brazos hay un torniquete, este puede hacerse girar

con el mango de una llave de boca de 1¼", la cual, también se usa para la

contratuerca. El torniquete tiene un bloque calibrador y cuando se ajusta, los extremos

de ambas varillas roscadas hacen tope dentro de este bloque; para que la diagonal de

arriostramiento quede correctamente templada. Un par de diagonales de

arriostramiento así templadas automáticamente "escuadran" cada módulo del puente.

Dimensiones y peso: Pesa 30.8 kilogramos (68 libras)

FIGURA 6 VARILLA TENSORA

Fuente: Manual 5-277 Bailey Bridge


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8) Abrazadera de travesaño

Comprende un parte soldada con un apendice en un extremo, un tornillo con

manubrio en el centro y una pieza movil en el talon. Cuando se opera, el apendice se

inserta dentro del agujero rectangular del montante vertical del panel. La pieza movil

tiene una cabeza, la cual se coloca bajo la ranura de la placa de asiento del travesaño y

ajustando hacia abajo el perno asegura el travesañoen posicion respecto al cordon

inferior y montante del panel.

Dimensiones y peso: 34,3 centímetros (13 1/2 pulgadas) de altura y 20,3 centímetros

(8 pulgadas) en la parte superior. Su peso es de 3,2 kilogramos (7 libras).

FIGURA 6 ABRAZADERA DE TRAVESAÑO

Fuente: Manual 5-277 Bailey Bridge

9) Larguero

Constituyen los soportes longitudinales del tablero del puente, consiste en tres

perfiles soldados entre si para formar un marco, en el cual los elementos transversales

tienen como función dar rigidez a las vigas principales. Unas mordazas que tiene en los

extremos se acoplan con las grapas de la parte superior de los travesaños.

Dimensiones y peso: Consta de tres perfil I de longitud de 3.04 metros (3 pies 11

11/16 pulgadas) altura 10.2 centímetros (4 pulgadas) de alto y pesa 118 kilogramos

(260 libras).


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FIGURA 6 LARGUERO


10) Perno de cordón o pasador de tornillo

Es de acero dulce y su cuerpo principal ha sido diseñado para que encaje en los

cordones del panel. Conecta los paneles y los cordones de refuerzo a través de los

cordones de los paneles.

Dimensiones y peso: Tiene 4,4 centímetros (1 3/4 pulgadas) de diámetro, 31,0

centímetros (12 3/8 pulgadas)) de largo y pesa 3,4 kilogramos (7 1/2 libras).

FIGURA 7 PERNO DE CORDÓN

Fuente: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de


11) Perno de trinca

Construido de acero dulce, viene completo con tuerca y arandela y no necesita

sacarse durante el montaje, puesto que su cabeza T pasa hacia abajo a través de un


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agujero rectangular en la trinca guardalado y se asegura en el botón especial del

larguero con un giro de 90°.

FIGURA 7 PERNO DE TRINCA

Fuente: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de


V. CONCLUSIONES

Según las condiciones variables que presenta el territorio nacional en su topografía, geología, geomorfología y clima, se deben identificar las posibles causas que puedan generen riesgo y afectación a la infraestructura vial, para así implementar medidas técnicamente adecuadas que permitan la prevención y control del riesgo que se pueda originar, de tal forma, que se disminuyan los efectos negativos sobre la infraestructura existente y se garanticen niveles de servicio adecuados, ofreciendo a los usuarios vías confortables, cómodas y seguras. Es prioritario que en la concepción de cualquier proyecto estructural se realice una planificación adecuada tanto en la etapa de prefactiblidad como en la etapa de operación y funcionamiento, aplicando las posibles medidas de mantenimiento y conservación de las estructuras, además, es de vital importancia conocer a fondo las posibles soluciones que se pueden implementar para así, ejecutar medidas de emergencia que permita en corto tiempo restituir el funcionamiento de la vía donde se presente la falla o colapso total de puentes. El desarrollo del proceso de investigación está enfocado principalmente a evaluar el comportamiento estructural de puentes de emergencia tipo Bailey, pero para poderle realizar el análisis es necesario identificar y calcular previamente los posibles riesgos que se pueden llegar a presentar, para así proyectar soluciones óptimas, técnicamente adecuada según las necesidades que se requieran, de tal forma que se ofrezcan alternativas de solución eficientes a los posibles problemas que se llegasen a generar.


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VI. REFERENCIAS

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